[发明专利]一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法

权利要求书

1.一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采集抛沙的泥沙参数及所在水域的水动力参数；

S2、构建泥沙水下堆积体形态变化过程的基本表达式，包括：

（1）、构建静水下泥沙水下堆积体形态变化过程的表达式：

；

（2）、获取紊流状态水体的变量，变量包括移动坐标系及流速时均量和脉动分量；

（3）、将变量引入步骤（1）中，构建动水条件下泥沙水下堆积体形态变化过程的表达式；

；

其中，t_p为抛沙历时，Q_s为抛沙率，t为时间，E₀扩散系数，M为瞬时抛沙量，、为x、y方向的紊动扩散系数；

S3、确定泥沙水下堆积体的形态特征量，包括堆积体波峰高度、堆积体辐射长度、泥沙堆积体中心点偏移距离和由紊流引起的扩散长度；

S4、将形态特征量带入动水条件下形态变化过程方程，实现对泥沙水下堆积体形态变化的计算。

2.根据权利要求1所述的一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法，其特征在于：在步骤S1中，抛沙的实际泥沙参数、包括泥沙中值粒径、抛沙处水深、抛沙历时和环境流速。

3.根据权利要求1所述的一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法，其特征在于：在步骤S2中，构建静水下泥沙水下堆积体形态变化过程的表达式，具体包括：

a、基于扩散理论，推导二维扩散方程的特解：

；

；

其中，S为泥沙浓度，t为时间，E_x、E_y为沿着x、y方向的扩散系数，M为瞬时抛沙量；

b、令x，y方向的扩散系数一致，即E_x=E_y=E₀，得；

其中，t_p为抛沙历时，Q_s为抛沙率；

c、将步骤b代入河床变形方程中获得静水下泥沙水下堆积体形态变化过程的表达式，河床变形方程为：；其中，为泥沙的干容重。

4.根据权利要求1所述的一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法，其特征在于：在步骤S3中，对于堆积体形成过程中任意时刻t时，其堆积体波峰高度Z_m为：；堆积体辐射长度L_m为：；泥沙堆积体中心点偏移距离b为：；由紊流引起的扩散长度L_t为：。

5.根据权利要求4所述的一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法，其特征在于：基于形态特征量，通过无量纲分析，推求形态特征量的表达式：

；

其中，为泥沙水下堆积体的形态特征量，包括：波峰高度Z_m、辐射长度L_m、中心点偏移距离b和紊流导致的扩散长度L_t；Q_s为抛沙速率；H为抛沙水深；D₅₀为泥沙中值粒径；U为环境流速；t_p为抛沙历时，F_d为密度弗劳德数，R_e是水流雷诺数，T为时间的无量纲表达式。

6.根据权利要求1所述的一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法，其特征在于：在步骤S4中，基于步骤S1中的泥沙参数及所在水域的水动力参数，将步骤S3中的特征量带入步骤S2中，得出任意时刻泥沙水下堆积体的三维形态分布。